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Forschung – gefördert vom BMBF
Die Verbundforschung entstand bereits in den 1950er-Jahren – und noch heute zielt sie darauf ab, Wissenschaftler deutscher Universitäten mit den Großgeräten zusammenzubringen.
Mit dem Radioteleskop LOFAR untersuchen Astronomen den Himmel in einem bislang unerforschten Wellenlängenbereich.
Universum
Erde
Erwärmt sich das Wasser vor der Küste Perus, dann ist „El Niño“ wieder da. In der Folge gibt es heftige Witterungsschwankungen rings um den Pazifik.
Am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt haben Wissenschaftler das neuartige Protonenmikroskop PRIOR entwickelt.
Der Raum zwischen Galaxien zeigt sich auf den meisten Aufnahmen schwarz und leer, doch auch hier findet sich Materie – das intergalaktische Medium.
In den Aschewolken von Vulkanen lassen sich Blitze beobachten. Diese sogenannten Vulkanblitze sind ein bislang wenig untersuchtes und kaum verstandenes Phänomen.
Teilchen
Jörg Rossbach über die Erzeugung hochintensiver und zugleich ultrakurzer Röntgenpulse in einem Freie-Elektronen-Laser.
Vom 3. bis 9. Juli findet in Valencia das größte internationale Treffen der Hochenergiephysik statt. Norbert Wermes von der Universität Bonn berichtet von dort über den Status des Higgs-Teilchens und die zukünftige Forschung am LHC.
Vor gut fünfzig Jahren schlugen Robert Brout, François Englert und Peter Higgs ein völlig neues Prinzip vor, um die Masse von Elementarteilchen zu erklären.
Strömt Materie auf das supermassereiche Schwarze Loch inmitten einer Galaxie, kann diese erstaunlich hell aufleuchten. Astronomen sprechen von einem aktiven galaktischen Kern.
Mit dem Projekt „Black Hole Cam“ möchten Astronomen erstmals das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße abbilden.
Albert Einstein und die Relativitätstheorie
Verschiedene Experimente untersuchen untersuchen die Gravitation im den freien Fall von Atomen. Dennis Schlippert über einen quantenmechanischen Test von Einsteins Äquivalenzprinzip.
Es gibt Sterne und Planeten und in einem kleinen Massenbereich dazwischen Braune Zwerge, so nahm man an. Doch neue Beobachtungen widersprechen dieser Definition.
Materie
Ob Treibstoff in einen Motor eingespritzt wird oder sich Wolken in der Atmosphäre bilden – viele Vorgänge lassen sich nur simulieren, wenn das Verhalten einzelner Tropfen bekannt ist.
Reibung ist definiert als der Widerstand, der bei der Bewegung zweier sich berührender Körper auftritt. Doch bislang lässt sie sich nicht exakt berechnen oder vorhersagen.
Wie Turbulenz entsteht, versuchen Forscher bereits seit dem Ende des 19. Jahrhunderts herauszufinden. Erst jetzt werden die Details allmählich klarer.
Wettbewerbe
Ein Forschungsthema in drei Minuten zu präsentieren, ist die Herausforderung beim Wettbewerb FameLab, der in vielen Ländern der Welt ausgetragen wird.
Die Erde bebt nicht nur aufgrund natürlicher Prozesse: Auch Bergbau oder Stauseen können die Spannung im Untergrund verändern und Erdstöße auslösen.
Organische Leuchtdioden werden bereits seit einiger Zeit als das Licht der Zukunft gehandelt. Doch es gibt noch Forschungsbedarf.
Technik
Intelligente Stromnetze sollen auf Schwankungen von Stromerzeugung und -bedarf reagieren und die verfügbare Energie stets effizient nutzen.
Das deutsche und das internationale Young Physicists' Tournament sind Teamwettbewerbe für Schüler, die jedes Jahr ausgetragen werden.
Mithilfe von Licht und Magnetfeldern lassen sich Atome einfangen und auf ein millionstel Grad über den absoluten Nullpunkt abkühlen.
Damit geheime Botschaften auch wirklich geheim bleiben, können Sender und Empfänger ihre Nachricht verschlüsseln – beispielsweise mithilfe der Quantenkryptografie.
Highlights der Physik
Der Science Slam zu den Highlights der Physik 2013 fand im Haus der Jugend in Wuppertal statt.
Das Antiteilchen des Elektrons – das Positron – eignet sich als nanoskopisches Sondenteilchen, mit dem sich selbst einzelne fehlende Atome in einem Kristall nachweisen lassen.
Wegen der hohen Strahlenbelastung müssen einzelne Detektorkomponenten am LHC immer wieder ausgetauscht werden. Physiker forschen daran, diese Teile resistenter und damit langlebiger zu machen.
Pulsare sind die kompaktesten Körper im Universum. Das macht sie zu idealen Testkörpern für die Allgemeine Relativitätstheorie.
Präzise Messungen des Protonenradius liefern einen Wert, der stark von dem bisher geltenden abweicht. Die große Diskrepanz lässt sich bisher nicht erklären.
Um Effekte der Quantenphysik besser zu verstehen, simulieren Forscher verschiedene Quantensysteme mit Atomen in optischen Gittern – und beobachten dabei ein Verhalten der Materie, das unseren Alltagserfahrungen widerspricht.
Leben
Wissenschaftler studieren die Vorgänge in Mikroorganismen, um existierende Zellen zu verändern und vielleicht einmal Zellen mit neuen Eigenschaften künstlich herzustellen.
Extrem wasser- und blutabweisende Oberflächen erlauben vielfältige Anwendungen – von selbstreinigenden Solarzellen, die Licht besonders effizient sammeln, bis hin zu leistungsfähigeren Herz-Lungen-Maschinen.
Gesetze der Mechanik erklären, wie es zu Verrenkungen und Verletzungen kommen kann. Die Kraft und das richtige Zusammenspiel der Muskeln helfen, solche Überbelastungen zu vermeiden.
Beobachtungen zeigen, dass nach starken Erdbeben an tektonischen Plattengrenzen gehäuft Vulkane ausbrechen.
Nach dem Vorbild des Gehirns entwickeln Physiker neuartige Computerarchitekturen, die gegenüber klassischen Rechnern viele Vorteile besitzen sollen.
Berufe in der Physik
Ingrid Denecke berichtet über ihren Alltag als Physiklehrerin am Albrecht-Thaer-Gymnasium in Hamburg.
Die Raumsonde Gaia soll Position, Entfernung und Geschwindigkeit von einer Milliarde Sternen in der Galaxis mit bisher unerreichter Präzision aufzeichnen.
In Computersimulationen stellen Forscher die Entstehung von Neutronensternen nach und versuchen so, diese extremen Objekte zu verstehen.
Neue Beobachtungsmethoden und moderne Instrumente ermöglichen seit einigen Jahren den Nachweis von Planeten in anderen Sonnensystemen, die Lichtjahre von der Erde entfernt sind.
Physik hinter den Dingen
Er wurde als Jahrhundertkomet angekündigt – doch bislang bleibt der Schweifstern weit hinter den Erwartungen zurück.
Gammastrahlenausbrüche sind die stärksten Explosionen im Universum und überstrahlen für wenige Sekunden alle anderen Gammastrahlenquellen am Himmel.
Die Materie im Weltall scheint auf großen Skalen gleichmäßig verteilt zu sein, ohne dabei einen Punkt auszuzeichnen.
Nicht nur Ärzte, Archäologen oder Computerhersteller greifen häufig auf Methoden zurück, die unmittelbar auf den Erkenntnissen der Hadronen- und Kernphysik beruhen.
Im Labor erzeugen Physiker einen Feuerball mit einer Materiedichte, die sonst nur Inneren von Neutronensternen herrscht, und einer Temperatur, die hunderttausendfach höher ist als die im Zentrum der Sonne.
Die Natur hat die chemischen Elemente, aus denen alle Sterne und Planeten, alle Organismen und auch wir Menschen bestehen, in zwei Phasen erzeugt.
Physikalische Einheiten
Klaus von Klitzing vom MPI für Festkörperforschung in Stuttgart über mögliche neue Definitionen des Kilogramms.
Thomas Pfeifer vom Max-Planck-Institut für Kernphysik nutzt Lichtpulse, die nicht einmal eine billiardstel Sekunde andauern, um Atome und Moleküle zu untersuchen.
Auf der Erde finden sich rund neunzig natürlich vorkommende Elemente, doch Forscher haben das Periodensystem längst um viele künstlich erzeugte Atomkerne erweitert.
Alle Teilchen, die sich aus Quarks zusammensetzen, bezeichnet man als Hadronen. Deren Eigenschaften geben Physikern noch immer Rätsel auf.
Unser heutiges Wissen über Quarks, Hadronen und Atomkerne hat entscheidend zu unserem modernen Weltbild beigetragen. Doch die Suche geht weiter.
Bei der Suche nach einer Erklärung dafür, „was die Welt im Innersten zusammenhält“, wurden nicht nur neue Strukturen der Materie, sondern auch bislang unbekannte Kräfte entdeckt.
Symmetrie
Kolloide sind im Alltag allgegenwärtig. Forscher untersuchen, wie sich die kleinen Teilchen zu symmetrischen Strukturen zusammensetzen und wie äußere Bedingungen die Geometrie dieser Strukturen bestimmen.
Symmetrien
Äußere Einschränkungen der Geometrie zwingen Kolloide dazu, von ihrer bevorzugten Kristallstruktur abzuweichen. Wie sie dabei trotzdem ein hohes Maß an Symmetrien beibehalten, lesen Sie in diesem Artikel.
Thomas Gerz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen über Luftwirbel, die Flugzeuge hinter sich herziehen und damit ein direktes Starten und Landen nachfolgender Maschinen verhindern.
Im Mittelpunkt der Highlights der Physik 2013 stehen Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik. Das Festival ist vom 17. bis 21. September in Wuppertal zu Gast.
Forscher am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching beobachten Galaxienhaufen und entziffern damit den Bauplan des Universums.
Symmetrien bilden das Grundgerüst, auf dem viele physikalische Theorien beruhen. Das Standardmodell der Elementarteilchen ist dabei in seinem Kern symmetrisch aufgebaut.
Sind Pendeluhren oder andere Oszillatoren gekoppelt, können sie sich miteinander synchronisieren. Dieses Konzept aus der Physik hat viele Anwendungen in Biologie und Medizin.
Ein direkter Nachweis der Dunklen Materie steht bis heute aus. Mit Experimenten wie CRESST und XENON100 wollen Forscher das kosmische Rätsel lösen.
Vor hundert Jahren entwarf Niels Bohr sein Atommodell, das heute noch die Forschung inspiriert – etwa bei hochangeregten Rydbergatomen.
Trotz der vielen Erfolge weist das Standardmodell auch einige Schönheitsfehler auf. Deshalb sehen die meisten Physiker es nur als eine Stufe auf dem Weg zu einer noch umfassenderen Theorie.
Die sogenannte Eichsymmetrie spielt eine tragende Rolle im Standardmodell. Wissenschaftsphilosophen fragen sich, ob sie wirklich eine Eigenschaft der Natur ist oder vielleicht nur in unseren Gleichungen existiert.
Die Entdeckung eines unbekannten Teilchens im Juli 2012 treibt nicht nur die Suche nach neuen Theorien voran – sie wirft auch interessante wissenschaftstheoretische und philosophische Fragestellungen auf.
Welt der Physik sprach mit dem Physiker von der RWTH Aachen, der gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern die Umwandlung von Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos nachweisen konnte.
Phänomene der Thermodynamik
Entropie begrenzt die Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie. Dadurch sorgt sie für Irreversibilität.
Der heutigen Vorstellung von Raum und Zeit liegt ein enges Zusammenspiel von Symmetrien und fundamentalen Naturgesetzen zugrunde. Im Zentrum dieser Erkenntnis steht das sogenannte Noether-Theorem.
Die Suche nach supersymmetrischen Teilchen blieb bislang erfolglos. Trotzdem geben Physiker die Hoffnung nicht auf, die Supersymmetrie in den kommenden Jahren doch noch zu bestätigen.
Claus Ropers von der Universität Göttingen über einen neuartigen photoelektrischen Effekt, bei dem sich die Elektronen völlig anders verhalten als beim üblichen Photoeffekt.
Damit der Mensch abschätzen kann, wo sich die Dinge, die er sieht, genau befinden, verlässt sich sein Gehirn auf Eigenschaften der Perspektive und eigene Erfahrungen.
Um hochfrequente Schwingungen zu messen, nutzen Forscher ein ganz spezielles Lineal – den sogenannten Frequenzkamm.
Stahl ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Materialien überhaupt. Mithilfe neuer Forschungsansätze versuchen Forscher, neue Stähle für die Industrie zu entwickeln.
Elektronische Bauteile werden immer kleiner. Selbst einzelne Moleküle übernehmen bereits Funktionen in Schaltkreisen: So dient beispielsweise ein einzelner Proteinkomplex als Solarzelle.
Die Erdatmosphäre schluckt einen Teil des Lichts, das aus den Weiten des Weltalls zu uns dringt. Mit einer umgebauten Boing 747 lassen sich auch diese Wellenlängen beobachten.
In Treibhäusern lassen sich selbst im Winter noch Tomaten ziehen. Möglich wird das vor allem durch die Unterdrückung der thermischen Konvektion.
Exoplanet
In unserem Podcast berichtete Lisa Kaltenegger vom Max-Planck-Institut für Astronomie über die Suche nach einer zweiten Erde. Hier finden Sie den Beitrag zum Nachlesen.
Wie lang ist ein Meter, wie schwer ein Kilogramm und wie lang eine Sekunde? Die Antwort auf diese Fragen fiel im Lauf der Geschichte oft sehr unterschiedlich aus.
Eine Bildergalerie der spektakulärsten Erfolge des Weltraumteleskops Herschel.
Welche Probleme sich mit Quantencomputern künftig womöglich lösen lassen, lässt sich theoretisch untersuchen – mithilfe von Supercomputern.
Galaxien sind die größten gebundenen Sternsysteme im Universum. Form und Farbe verraten viel über ihr Alter und ihre Entwicklungsgeschichte.
Mit Supercomputern machen Wissenschaftler Vorhersagen über die Zukunft der Erdatmosphäre.
Forscher untersuchen den geschickten Aufbau von Biomaterialien, vor allem die variierenden Kombinationen von brüchigen Mineralien und weichen Biopolymeren, die die Naturstoffe robust und zäh machen.
Glas begegnet uns jeden Tag in den verschiedensten Formen. Und obwohl das durchsichtige Material schon seit vielen Jahrhunderten zum Einsatz kommt, steht es noch immer im Fokus physikalischer Forschung.
Ein lichtempfindlicher Chip, der in die Netzhaut eingebettet wird, könnte erblindeten Menschen das Sehvermögen wiedergeben.
Chaos und Ordnung
Wie viel Zufall steckt in einem Würfelwurf? Jan Nagler vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen entwickelt mathematische Modelle, um dieser Frage auf den Grund zu gehen.
Ionenfalle
Für ihre Experimente an einzelnen Quantenteilchen erhielten David Wineland und Serge Haroche den Physik-Nobelpreis 2012.
Im Auto und in vielen industriellen Produktionsprozessen verpufft eine Menge Energie als Wärme. Mit thermoelektrischen Materialien könnte die Abwärme genutzt und so weniger Energie vergeudet werden.
Ultraschall besteht aus Schallwellen, die für den Menschen nicht hörbar sind. In der Tumorvorsorge und bei anderen Untersuchungen nimmt Ultraschall eine wichtige Rolle ein.
Wissenschaftsjahre
Das Wissenschaftsjahr 2013 widmet sich den Herausforderungen und Chancen, die durch den demografischen Wandel entstehen.
Angetrieben durch den Ausbau erneuerbarer Energien beinhaltet die Energiewende einen massiven Umbau des Stromnetzes. Physiker untersuchen die Auswirkungen einer verstärkt dezentralen Versorgung.
Mit einem Cochlea-Implantat können viele stark schwerhörige oder sogar taube Menschen wieder hören. Forscher arbeiten derzeit an neuen Systemen, die die Nervenzellen mit Licht statt wie bisher mit Strom reizen.
Monsterwellen türmen sich teils mehr als dreißig Meter hoch auf – viel höher als das umgebende Meer. Eine Gleichung aus der Quantenmechanik könnte dabei helfen, dieses Phänomen zu verstehen.
Am Robotics Innovation Center arbeiten mehr als hundert Forscher aus verschiedensten Fachbereichen an mobilen Robotersystemen. In diesem Video gewähren die Wissenschaftler einen Einblick in ihre Forschung.
Wie entsteht Turbulenz? Diese Frage beschäftigt Forscher schon lange. Chaostheorie und moderne Computer liefern inzwischen einige Antworten; Ursachen und Strukturen beginnender Turbulenz werden fassbar.
Erdstöße lassen sich nicht exakt vorhersagen. Seismologen versuchen stattdessen die Wahrscheinlichkeit von Beben und die zu erwartenden Bodenbewegungen zu bestimmen.
Am Forschungszentrum Jülich nutzen Wissenschaftler unterschiedliche Experimente mit Neutronen, um den Eigenschaften von Stoffen auf den Grund zu gehen.
Die TU München betreibt in Garching die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz, kurz FRM II. Sie gilt als modernste und vielfältigste Neutronenquelle der Welt.
ALMA und APEX erschließen den Nachthimmel auch in Submillimeterwellenlängen – vom Sonnensystem bis hin zum frühen Universum.
Viele Quanteneigenschaften widersprechen unserer Alltagserfahrung. Géza Giedke vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik über die Grenze zwischen diesen beiden Welten.
Der Science Slam zu den Highlights der Physik 2012 fand im Theater im OP in Göttingen statt.
Wettervorhersagen sind mit den Jahren immer genauer geworden. Aber mit Gewittern tun sich Meteorologen nach wie vor schwer. Wie entstehen Gewitter und warum bereiten sie Probleme?
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
